磁化射頻等離子體放電實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著磁約束核聚變、等離子體材料加工、空間推進(jìn)器等前沿科技的迅猛發(fā)展,磁化射頻等離子體以其優(yōu)異的性能正越來越受人們的關(guān)注。
　　在磁約束核聚變研究中,壁清洗技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于托卡馬克裝置中,用以降低裝置的本底雜質(zhì)水平,改善器壁的再循環(huán)。一些基于低溫等離子體的清洗技術(shù)亦投入到實(shí)際應(yīng)用中,并被證明具有良好的清洗效果。這些等離子體清洗技術(shù)包括直流輝光放電(GDC),以及電子回旋共振(ECR)和離子回旋共振(ICR)這類基于磁化射頻技術(shù)的等

2、離子體。與傳統(tǒng)的ECR和ICR相比,螺旋波等離子體(HWP)具有更高的清洗效率和更廣的運(yùn)行范圍。由于不能在EAST超導(dǎo)托卡馬克裝置上進(jìn)行長時間螺旋波放電清洗實(shí)驗(yàn)研究,且對于EAST裝置,等離子體實(shí)驗(yàn)參數(shù)很難控制,所以我們在實(shí)驗(yàn)室自行搭建了一個新型HWP放電裝置。
　　在科技部國家磁約束核聚變項(xiàng)目的支持下,在2012年5月到2014年03月期間,在蘇州大學(xué)完成了HWP裝置的搭建和調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)。在吳雪梅教授的指導(dǎo)下,金成剛博

3、士及兩名蘇州大學(xué)的學(xué)生參與完成了這項(xiàng)工作。這項(xiàng)工作為研究等離子體放電特性以及等離子體與材料相互作用過程提供了實(shí)驗(yàn)平臺。為了完善實(shí)驗(yàn)裝置,調(diào)研了大量HWP實(shí)驗(yàn)資料,目標(biāo)是要找到一種成熟靈活的研究方法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備和系統(tǒng)參數(shù),通過理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,最終實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定高效的HWP放電并驗(yàn)證HWP較高的壁清洗效率。
　　首先完成了真空系統(tǒng)的搭建,利用13.56 MHz射頻功率系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了ICP模式放電。為了獲得HWP放電模式,設(shè)計(jì),委托加工及自

4、行組裝了強(qiáng)磁場直流線圈以及線圈水冷系統(tǒng),同時使用不同結(jié)構(gòu)、不同材料的射頻天線進(jìn)行放電研究。為了獲得最小的反射功率,重新設(shè)計(jì)了射頻功率傳輸系統(tǒng)和匹配網(wǎng)路。利用自行研制的內(nèi)置螺旋波天線,成功抑制了寄生CCP放電并于2013年9月成功獲得穩(wěn)定的HWP模式放電。利用朗繆爾探針和光發(fā)射光譜對ICP及HWP模式下的等離子體進(jìn)行診斷研究,獲得了一些初步數(shù)據(jù)結(jié)果。最后,利用此HWP系統(tǒng)對托卡馬克石墨壁材料進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)研究。
　　主要的工作成果是成